فرآیند تولید نایلون کشاورزی چگونه است و چه کاربردهایی دارد؟

توسط پانیذا پلیمر مقالات پلی‌ اتیلن, پلی‌ اتیلن سنگین, صنایع کشاورزی, فیلم پلی پروپیلن, مواد اولیه تولید نایلون, مواد پلی‌ اتیلن سبک فیلم بدون دیدگاه

اولین استفاده فیلم‌های پلاستیکی یا نایلون کشاورزی در صنعت کشاورزی به سال 1948 و زمانی که پروفسور اِمِرت پول کافی را برای خرید یک گلخانه شیشه‌ای نداشت، باز می‌گردد. او به عنوان راه حل، یک سازه چوبی را توسط فیلمی از سلولوز استات پوشاند و بعدتر نیز آن را با یک فیلم پلی‌اتیلنی جایگزین کرد. استفاده فراگیر پلیمرها در کشاورزی و باغبانی به سال 1950 و زمانی که برای اولین بار از پلی‌اتیلن سبک (LDPE) (پلی‌اتلین ۰۱۹۰) برای جایگزینی کاغذهای مالچ سبزیجات استفاده شد، باز می‌گردد. از همان زمان، فیلم‌های پلیمری این امکان را به صنعت کشاورزی دادند که از طریق آن‌ها بتوان بیابان‌های خشک و بی‌حاصل را به زمین‌های کشاورزی پربار و مدرن تبدیل کرد و از این طریق رشد اقتصادی را در مناطق محروم و کم درآمد افزایش داد. یک نمونه واضح برای این موضوع منطقه آلمریا در جنوب اسپانیا است. این منطقه که تنها به بیابان‌های وسیعش مشهور بود و یکی از مکان‌های اصلی برای تهیه فیلم‌های وسترن به شمار می‌آمد، امروزه به مجموعه‌ای به شدت متراکم از گلخانه‌ها معروف است و همین امر سبب گردیده است که از این منطقه به عنوان یک مدل و الگوی جهانی برای توسعه صنعت کشاورزی یاد شود.

طی سال‌های اخیر با افزایش روز افزون جمعیت از یک طرف و روند رو به کاهش آب از طرف دیگر، بسیاری از کشورها به منظور جلوگیری از خطرات مربوط به بحران‌های کم‌آبی در تولیدات کشاورزی، تلاش‌های گسترده‌ای را در راستای به کارگیری روش‌های نوین کشاورزی و استفاده از آب به‌کار گرفته‌اند. اما کشور ایران نیز از این موضوع مستثنی نیست و ایران با میانگین بارش ۲۵۰ میلی‌لیتر در سال در مقابل ۹۰۰ میلی‌لیتر متوسط بارندگی جهانی، به‌طور طبیعی در کمربند خشکی کره زمین قرار گرفته و از هزاران سال پیش نیز با بحران‌های کم‌آبی روبه‌رو بوده‌ است. طبق یکی از گزارش‌های منتشر شده توسط سازمان فضایی آمریکا (ناسا)، از فهرست ۴۵ کشور در معرض خطر خشکسالی، ایران در رتبه چهارم قرار گرفته است. همچنین این گزارش ناسا هشدار داده است که با روند تغییرات آب و هوایی و استفاده بی‌رویه آب، احتمال دارد در آینده بخش‌های وسیعی از ایران به بیابان‌های مطلق تبدیل شوند.
شاید به همین جهت است که از فیلم‌های کشاورزی به عنوان انقلاب سبزی تعبیر می‌گردد که از طریق توسعه استفاده از آن‌ها در تمام مناطق جهان می‌توان بسیاری از مشکلات مربوط به خشکسالی و کاهش منابع آبی را برطرف نمود. به‌طور کلی بخش عظیمی از گلخانه‌ها در سرتاسر جهان، تنها در دو منطقه متمرکز شده‌اند. ۸۰ درصد در شرق دور (شامل کشورهای چین، ژاپن و کره جنوبی) و ۱۵ درصد در ناحیه مدیترانه. با این وجود طی یک دهه گذشته تعداد نواحی‌ای از جهان که با گلخانه‌ها پوشیده شده‌اند، به سرعت در حال افزایش است. تخمین زده شده این نواحی به‌طور متوسط هر ساله نسب به سال قبل ۲۰ درصد گسترده‌تر می‌شوند. از این میان سهم رشد استفاده از گلخانه‌ها در نواحی خشکی مانند خاورمیانه و آفریقا، ۱۵ الی ۲۰ درصد در سال هستند. این میزان رشد در مقایسه با مناطق توسعه یافته‌تری مانند اروپا و چین که رشد سالیانه ۳۰ درصد را دارند، بسیار ضعیف است. این ارقام چیزی در حدود ۱ میلیون تن از مصرف فیلم‌های پلیمری در سال هستند که عمدتاً نیز از پلی‌اولفین‌ها تشکیل شده‌اند.

کاربردهای فیلم‌های پلیمری در کشاورزی

کاربردهای اصلی فیلم‌های پلیمری در کشاورزی به موارد ذیل تقسیم می‌شود:

فیلم‌های مالچ
پوشش‌های گلخانه‌ای و تونلی
فیلم‌های بسته‌بندی سیلاژ
فیلم ضد عفونی‌کننده و سولاریزه‌کننده خاک
ژئوممبرین‌ها

از میان تمام این کاربردها، پوشش‌های گلخانه‌ای و تونلی از لحاظ حجم مصرف، بزرگ‌ترین بازار را به خود اختصاص داده اند. فیلم‌های مورد استفاده در این کاربرد معمولاً بین 80 تا 220 میکرومتر ضخامت داشته و متناسب با تکنولوژی‌های موجود در کشورها در انواع یک تا هفت لایه مصرف می‌شوند. بیش از 80 درصد از این بازار در اختیار فیلم‌های ساخته شده از پلی‌اتیلن سبک (LDPE) (پلی‌اتلین سبک ۲۱۰۲)، اتیلن وینیل استات (EVA) و اتیلن بوتیل اکریلات (EBA) است. امروزه متناسب با موقعیت جغرافیایی منطقه، آفت‌کش‌های مورد استفاده در گلخانه و فرمولاسیون انواع پایدارکننده‌های فیلم، طول عمر این پوشش‌ها بین 6 ماه تا 10 سال متغیر است. در این رابطه، استاندارد اروپایی DIN EN 13206 نیز با موضوع “پوشش‌های ترموپلاستیک برای استفاده در کشاورزی و باغبانی” دستورالعمل‌هایی را جهت اندازه‌گیری طول عمر، ابعاد، خواص مکانیکی، نوری و میزان عدم عبورپذیری امواج مادون قرمز، مطرح کرده است.

بازار پوشش‌های گلخانه‌ای و تونلی، بازار خاصی است که نیازمند سرمایه‌گذاری‌های قابل توجه بر روی خطوط عظیم اکستروژن با قابلیت تولید فیلم‌های بسیار عریض است. بخش عمده‌ای از این فیلم‌ها توسط فرآیند فیلم دمشی تولید می‌شوند و در این صنعت دای‌هایی با قطر 2.5 متر موضوعی غیرعادی نمی‌باشد. مشکلات موجود در پایدارسازی این حباب‌های بزرگ یکی از دلایلی است که در تولید این فیلم‌ها به‌صورت غالب از LDPE (پلی‌اتیلن سنگین F7000) به جای LLDPE (به جهت پایین‌تر بودن استحکام مذاب) استفاده می‌شود. در چنین شرایطی، زمانی‌که از خطوط کواکستروژن نیز استفاده شود، پیچیدگی‌های فنی و حجم سرمایه‌گذاری افزایش قابل ملاحظه‌ای می‌یابد.

خواص ضروری پوشش‌های گلخانه‌ای و تونلی

پوشش‌های گلخانه‌ای در هنگام کاربری تحت تأثیر نور، دما و تخریب‌های شیمیایی می‌باشند. به همین جهت برای یک طول عمر بالا و تضمین شده نیازمند ملزوماتی هستند که به شدت به پارامترهای محیطی وابسته‌اند. از جمله پارامترهای محیطی می‌توان به نوع سازه (چوبی، آهن گالوانیزه)، طراحی گلخانه (ارتفاع، تهویه مطبوع و …)، پارامترهای جغرافیایی (شدت نور خورشید، دما، میزان بارندگی، ارتفاع و …) و مواد شیمیایی مورد استفاده در گلخانه نام برد. در صورت بی‌توجهی به پارامترهای محیطی، طول عمر این پوشش‌ها نسبت به حالت عادی بسیار کاهش می‌یابد. در ادامه تعدادی از خواص ضروری برای پوشش‌های گلخانه‌ای ذکر شده است.

استحکام بالا در هر دو جهت MD و TD
استحکام ضربه بالا
مقاومت بالا دربرابر سوراخ‌شدگی
مقاومت بالا در برابر پارگی
عبورپذیری بالای نور مرئی
عبورپذیری پایین در برابر طول موج‌های بلند
عدم تشکیل شبنم و مه بر روی سطح داخلی پوشش
عدم چکه قطراتی که براثر رطوبت بر روی سطح داخلی پوشش تشکیل می‌شوند.
خرش بسیار پایین
مقاومت در برابر نور UV
ضد تجمع خاک و گرد و غبار

نقش پلی‌اتیلن‌های ارتقاء یافته در تولید فیلم‌های کشاورزی

با توسعه فناوری کاتالیست‌های متالوسنی، نسل‌های نوینی از پلی‌اتیلن‌ها معرفی شدند که به پلی‌اتیلن‌های ارتقاء یافته (EPE) مشهور بودند. این نسل از پلی‌اتیلن‌ها، به واسطه تکنولوژی ساخت خود دارای خواص بسیار ویژه‌ای در مقایسه با پلی‌اتیلن‌های معمولی هستند. از جمله این خواص می‌توان به استحکام مذاب بالا، مقاومت ضربه دارت فوق‌العاده، مقاومت بسیار عالی در برابر سوراخ‌شدگی، شفافیت بالا و خواص دوخت‌پذیری حرارتی منحصر به فرد اشاره کرد. این خواص ویژه، EPEها را به موادی ایده‌آل برای کاربردهایی از فیلم‌های پلیمری که نیازمند کارایی و عملکرد بالا بودند، تبدیل نموده است. استفاده از EPE‌ها در پوشش‌های گلخانه‌ای یکی از همان کاربردهای خاصی است که به دلیل تأثیرات اقتصادی کوتاه‌مدت و بلندمدت آن در هر دو حوزه تولید فیلم و استفاده در کشاورزی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

پیشرفت در تکنولوژی تولید نایلون می‌تواند طیف وسیعی از اهداف مصرف‌کنندگان را فراهم کند. تولید و توسعه‌ نایلون‌های چند لایه در سال‌های اخیر مزایای قابل توجهی برای مصرف‌کنندگان به همراه داشته است. فیلم‌های پلاستیکی ۵ لایه یک فناوری جدید در صنعت تولید فیلم‌های پلاستیک است که امروزه برای مصارف مختلف کاربرد دارد. فیلم‌ها با لایه‌ها، ترکیبات، ضخامت‌ها و عرض‌های مختلف خواص متفاوتی دارند که می‌توانند متناسب با مشخصات و محصولات خاص، انتخاب شده و مورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد فیلم ۵ لایه

فیلم ۵ لایه برای کاربردهای مختلف از جمله بسته‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسته‌بندی محصولات، پوشش گلخانه، فیلم‌های کشاورزی، بسته‌بندی مواد غذایی، شرینک، نایلون‌های ساختمانی و صنعتی و … از مهم‌ترین کاربرد فیلم‌های ۵ لایه است.
یکی از روش‌های تولید فیلم ۵ لایه استفاده از روش اکستروژن بادی (پلی‌اتلین ۰۰۳۵) است. این فرآیند اساساً شامل یک لوله نایلونی از نایلون مذاب و “دمیدن” یا باد کردن آن به چندین برابر قطر اولیه آن است تا یک لایه نازک را تشکیل دهد که می‌تواند مستقیماً مورد استفاده قرار گیرد و یا می‌تواند به شکل یک فیلم با لایه‌های مختلف تولید شود. فیلم ۵ لایه، به ۵ لایه متفاوت فیلم اشاره دارد که در روند اکستروژن تولید می‌شوند. رزین‌های مختلفی در فرایند اکستروژن پلاستیک تولید و به یکدیگر متصل می‌شوند و در نهایت تشکیل فیلم ۵ لایه را می‌دهند.
به این نوع از فیلم‌های نایلونی فیلم‌های همزمان اکسترود شده گفته می‌شود، زیرا آن‌ها با یک فرآیند اتصال چند لایه ساخته شده‌اند. ترکیب چندین لایه از مواد مختلف، خصوصیات مکانیکی و فیزیکی فیلم از جمله سوراخ شدن، مقاومت در برابر پارگی و گرما و همچنین رطوبت و خاصیت جلوگیری از ورود اکسیژن را در این گونه فیلم های نایلونی بالا می‌برد. بهترین فرآیند برای تولید فیلم ۵ لایه نایلون استفاده از فرآیند کواکستروژن است که در این روش شاهد اکسترود ۵ پلیمر مختلف با یکدیگر هستیم که تشکیل فیلم ۵ لایه را خواهند داد.

مهم‌ترین ویژگی نایلون‌های ۵ لایه

محافظت از محصول
مقاومت بالا در برابر پاره شدن
سد بخار
سد رطوبت
مانع نور
قابلیت چاپ

نایلون‌های ۵ لایه در کشاورزی

طی تحقیقات انجام شده در ایالات متحده، استفاده از نایلون‌های چند لایه به میزان زیادی به بحران کمبود آب جهانی به‌ویژه در دوران خشک‌سالی کمک کرده است که مهم‌ترین کاربرد نایلون‌های ۵ لایه یا نایلون کشاورزی را می‌توان در صنعت کشارزی دانست. پوشش‌های گلخانه به دلیل قرار گرفتن در معرض نور خورشید بهتر از فیلم ۵ لایه یا نایلون کشاورزی باشند که مقامت بالا و طول عمر بیشتری دارند.

مهم‌ترین مزیت استفاده از نایلون‌های ۵ لایه یا نایلون کشاورزی در صنعت کشاورزی

حفاظت از رطوبت و صرفه‌جویی در مصرف آب
کنترل علف‌های هرز
توسعه ریشه
اصلاح خواص اقیلم‌های گیاهی و خاکی
بستر مناسب برای گیاهان و درختان
جذب یا دفع آفات
صرفه‌جویی در هزینه‌ها

یکی دیگر از فیلم های ۵ لایه فیلم استرچ (پلی‌اتلین ۰۰۷۵) است. فیلم های استرچ نوعی پلاستیک با قابلیت کشسانی بالا هستند که ماده‌ اولیه آن پلی‌اتیلن سبک خطی است. ویژگی کشسان‌ بودن این پلاستیک‌ها باعث شده تا محتویات بسته‌بندی شده، در بهترین حالت خود حفظ شود و در نتیجه، باعث کاهش ضایعات و صدمات به بار و کارگران درگیر در خط تولید می‌شود، این محصول در این صنعت استفاده‌های زیادی دارد. و انواع آن شامل:

استرچ پالت بند
استرچ غذایی
استرچ سیلو

مواد استفاده شده در فیلم‌ پنج‌ لایه یا نایلون کشاورزی

این مواد شامل پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌امید یا نایلون و اتیلن وینیل الکل هستند. در بعضی از موارد این مواد با هم ترکیب نمی‌شوند. در نتیجه فیلم چندلایه به‌صورت لایه‌لایه‌های جدا از هم در می‌آید. برای حل این مشکل لایه‌های کوچکی از رزین تقویت‌شده بین لایه‌ها تزریق (پلی‌اتیلن HI500) می‌شود.

از فیلم اکستروژن بادی برای تولید کیسه‌های پلاستیکی، نایلون کشاورزی، انواع نایلکس و فیلم استرچ استفاده می‌شود. بیشترین کاربرد این فیلم‌ها در صنعت بسته‌بندی است. فیلم شرینک، فیلم استرچ و محصولات فاسد شدنی، فیلم مخصوص بسته‌بندی محصولات یخی و به‌‌‌طور کلی فیلم مورد استفاده در انواع مواد غذایی و بسته‌بندی‌های منعطف، از دیگر کاربردهای فیلم اکستروژن بادی (پلی‌اتیلن BL3) هستند.